(57)【要約】内部に回転プレート（１２）を回転軸線（Ａｘ）回りに回転可能な状態で収容するとともにハブ側壁部（１０ｂ）となる収容部（１３）を備え、回転プレート（１２）の側面には、周方向の一端が回転プレート（１２）に固定されるとともに周方向の他端が軸線（Ａｘ）方向に移動可能であり、かつ可撓性を有するベーン（１５）が設けられ、収容部（１３）には、ハブ側壁部（１０ｂ）となる部分に一端（１８ａ）が開口し、回転プレート（１２）の回転に伴ってベーン（１５）の他端（１５ｂ）が周方向に移動するとともに軸線（Ａｘ）方向に移動してディフューザ（１０）内に突出するようにベーン（１５）を撓ませつつ案内する傾斜路（１８）が設けられ、アクチュエータ（１４）は、ベーン（１５）の他端（１５ｂ）がディフューザ（１０）内に突出する位置とハブ側壁部（１０ｂ）に後退する位置との間で駆動されるように回転プレート（１２）を回転するディフューザ装置。
2011111173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機のインペラの径方向外側に、互いに対向するシュラウド側壁部及びハブ側壁部にて前記インペラの出口側に通じる通路空間として設けられたディフューザを備えたディフューザ装置であって、
中空円板状の回転部材と、内部に前記回転部材を前記インペラの回転軸線回りに回転可能な状態で収容するとともに前記シュラウド側壁部又は前記ハブ側壁部のいずれか一方の壁部となる収容部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、を備え、
前記回転部材の前記ディフューザ側の側面には、周方向の一端が前記回転部材に固定されるとともに周方向の他端が前記回転軸線方向に移動可能であり、かつ可撓性を有する板状のベーン部材が設けられ、
前記収容部材には、前記一方の壁部となる部分に一端が開口し、前記回転部材の回転に伴って前記ベーン部材の周方向の他端が周方向に移動するとともに前記回転軸線方向に移動して前記ディフューザ内に突出するように前記ベーン部材を撓ませつつ案内する傾斜路が設けられ、
前記駆動手段は、前記ベーン部材が前記ベーン部材の周方向の他端が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記ベーン部材の周方向の他端が前記一方の壁部内に後退する後退位置との間で駆動されるように前記回転部材を回転駆動するディフューザ装置。
【請求項２】
前記ベーン部材は、その形状が前記後退位置において前記ベーン部材の他端と前記傾斜路の一端との間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定されている請求項１に記載のディフューザ装置。
【請求項３】
前記ベーン部材は、その形状が前記突出位置において前記一方の壁部から突出する長さが内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定され、
前記傾斜路は、前記回転軸線と直交する平面に対する傾きが内周側から外周側に向かって漸次小さくなるように前記収容部材に設けられている請求項１に記載のディフューザ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のディフューザ装置を備えた遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載の遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機は内燃機関の吸気通路に設けられるターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に設けられるディフューザ装置、そのディフューザ装置を備えた遠心圧縮機、及びその遠心圧縮機を備えたターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機として、ディフューザ通路内に突出する位置とディフューザ壁内に設けられた収容室内に収容される位置との間で移動可能な案内羽根がディフューザ部に設けられたものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２９９９６号公報
【特許文献２】特開２００８−０９５６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の遠心圧縮機では、案内羽根を収容室内に収容した際、ディフューザ壁と案内羽根との間に隙間ができる。異物がこの隙間を通って収容室内に入り案内羽根とディフューザ壁との間に蓄積すると案内羽根が移動不能になるおそれがある。また、この遠心圧縮機では、ディフューザ部の横に案内羽根の高さと略同じ幅の収容室を設ける必要がある。そのため、遠心圧縮機が大型化するおそれがある。【０００５】
そこで、本発明は、異物にてベーンが移動不能になることを抑制可能であり、かつ小型化に有利なディフューザ装置、遠心圧縮機、及びターボ過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のディフューザ装置は、遠心圧縮機のインペラの径方向外側に、互いに対向するシュラウド側壁部及びハブ側壁部にて前記インペラの出口側に通じる通路空間として設けられたディフューザを備えたディフューザ装置であって、中空円板状の回転部材と、内部に前記回転部材を前記インペラの回転軸線回りに回転可能な状態で収容するとともに前記シュラウド側壁部又は前記ハブ側壁部のいずれか一方の壁部となる収容部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、を備え、前記回転部材の前記ディフューザ側の側面には、周方向の一端が前記回転部材に固定されるとともに周方向の他端が前記回転軸線方向に移動可能であり、かつ可撓性を有する板状のベーン部材が設けられ、前記収容部材には、前記一方の壁部となる部分に一端が開口し、前記回転部材の回転に伴って前記ベーン部材の周方向の他端が周方向に移動するとともに前記回転軸線方向に移動して前記ディフューザ内に突出するように前記ベーン部材を撓ませつつ案内する傾斜路が設けられ、前記駆動手段は、前記ベーン部材が前記ベーン部材の周方向の他端が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記ベーン部材の周方向の他端が前記一方の壁部内に後退する後退位置との間で駆動されるように前記回転部材を回転駆動する。【０００７】
本発明のディフューザ装置によれば、傾斜路によってベーン部材を撓ませてベーン部材をディフューザ内に突出させる。そのため、収容部材の内部又は傾斜路とベーン部材との間に異物が堆積しにくく、さらに異物が堆積してもその異物がベーン部材の移動を妨げない。また、傾斜路内に異物が堆積してもベーン部材を後退位置から突出位置に移動する際にその異物をベーン部材で除去できる。そのため、異物にてベーンが移動不能になることを抑制できる。また、本発明のディフューザ装置では、ベーン部材を収容部材内に収容する際はベーン部材が傾斜路にて周方向に延ばされる。そのため、ベーン部材を回転軸線方向のみに動かして収容する場合よりもベーン部材を収容するために設けるべき空間を小さくできる。そのため、ディフューザ装置を小型化できる。【０００８】
本発明のディフューザ装置の一形態において、前記ベーン部材は、その形状が前記後退位置において前記ベーン部材の他端と前記傾斜路の一端との間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定されていてもよい。この場合、ベーン部材を突出位置に動かしたときにベーン部材が一方の壁部から突出する長さを外周側と内周側とで同じできる。そのため、シュラウド側壁部及びハブ側壁部のうちの他方の壁部とベーン部材の他端との間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。これにより、ディフューザを通過するガスをより確実にベーン部材に当てることができる。【０００９】
本発明のディフューザ装置の一形態において、前記ベーン部材は、その形状が前記突出位置において前記一方の壁部から突出する長さが内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定され、前記傾斜路は、前記回転軸線と直交する平面に対する傾きが内周側から外周側に向かって漸次小さくなるように前記収容部材に設けられていてもよい。この形態では、ベーン部材が一方の壁部からディフューザ内に突出するときの突出角度を内周側から外周側に向かって漸次小さくできる。そのため、ベーン部材が外周側において内周側より長く突出しても内周側及び外周側のそれぞれにおいてベーン部材の他端をシュラウド側壁部及びハブ側壁部のうちの他方の壁部に同様に当てることができる。これによりベーンの他端と他方の壁部との間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。従って、ディフューザを通過するガスをより確実にベーン部材に当てることができる。【００１０】
本発明の遠心圧縮機は、上述したディフューザ装置を備えている。また、本発明のターボ過給機は、上述した遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機は内燃機関の吸気通路に設けられる。本発明の遠心圧縮機及びターボ過給機は、それぞれ上述したディフューザ装置を備えている。そのため、上述したディフューザ装置と同様に異物によってベーン部材が移動不能になることを抑制できる。また、遠心圧縮機及びターボ過給機をそれぞれ小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の形態に係るディフューザ装置が設けられた遠心圧縮機の断面を示す図。
【図２】可動ベーン機構の要部を軸線方向から見た図。
【図３】図２のＳ１−Ｓ１線におけるディフューザの断面を示す図。
【図４】第１の形態に係るディフューザ装置の変形例を示す図。
【図５】本発明の第２の形態に係るディフューザ装置の可動ベーン機構を軸線方向から見た図。
【図６】ベーンが後退位置にあるときの図５のＳ２−Ｓ２線及びＳ３−Ｓ３線における可動ベーン機構の断面を示す図。
【図７】ベーンが突出位置にあるときの図５のＳ２−Ｓ２線及びＳ３−Ｓ３線における可動ベーン機構の断面を示す図。
【図８】本発明の第３の形態に係るディフューザ装置の可動ベーン機構を軸線方向から見た図。
【図９】ベーンが後退位置にあるときの図８のＳ４−Ｓ４線及びＳ５−Ｓ５線における可動ベーン機構の断面を示す図。
【図１０】ベーンが突出位置にあるときの図８のＳ４−Ｓ４線及びＳ５−Ｓ５線における可動ベーン機構の断面を示す図。
【図１１】本発明のディフューザ装置の第１の変形例の要部を示す図。
【図１２】本発明のディフューザ装置の第２の変形例の要部を示す図。
【図１３】本発明のディフューザ装置の第３の変形例の要部を示す図。
【図１４】本発明のディフューザ装置の第４の変形例の要部を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係るディフューザ装置が設けられた遠心圧縮機の断面を示している。この遠心圧縮機１は、内燃機関の過給を行うために内燃機関に設けられるターボ過給機に組み込まれ、その内燃機関の吸気通路に配置される。この図に示したように遠心圧縮機１は、ハウジング２と、ハウジング２内に収容されたインペラ３とを備えている。ハウジング２は、インペラ３が配置されるホイール室４と、ホイール室４の径方向外側に設けられ、ホイール室４の出口と通じているディフューザ１０と、ディフューザ１０の外周に設けられてディフューザ１０と通じている渦巻き状のスクロール室５とを備えている。インペラ２は、軸線Ａｘ回りに回転可能に設けられた回転軸６に取り付けられている。また、インペラ２はナット６ａによって回転軸６に固定されている。なお、回転軸６の他端には、内燃機関の排気通路に配置されるタービンのタービンホイールが取り付けられる。
【００１３】
図１〜図３を参照してディフューザ装置について詳しく説明する。図１に示すようにディフューザ１０は、互いに対向するシュラウド側壁部１０ａ及びハブ側壁部１０ｂにて形成されている。ハブ側壁部１０ｂには、可動ベーン機構１１が設けられている。図２は可動ベーン機構１１の要部を軸線Ａｘ方向から見た図である。また、図３は図２のＳ１−Ｓ１線におけるディフューザ１０の断面を示している。これらの図に示したように可動ベーン機構１１は、回転部材としての回転プレート１２と、回転プレート１２を内部に収容する収容部材としての収容部１３と、回転プレート１２を回転駆動する駆動手段としてのアクチュエータ１４とを備えている。
【００１４】
回転プレート１２は、中空円板状であり、軸線Ａｘ回りに回転可能なように収容部１３内に収容されている。回転プレート１２には、複数（図２で６個）のベーン１５が設けられている。図２に示すようにこれらベーン１５は、同一円周上に間隔を空けて配置されている。ベーン１５は、可撓性を有する薄い板部材である。ベーン１５は、周方向の一端１５ａのみが回転プレート１２と接続され、それ以外の部分は回転プレート１２から分離している。
【００１５】
図３に示すように収容部１３は、第１プレート１６と、第２プレート１７とを備えている。この図に示すように第１プレート１６は、ディフューザ１０側に配置されてハブ側壁部１０ｂとなる。第１プレート１６と第２プレート１７とは、回転プレート１２が間に挟み込まれるように組み合わされている。この際、第１プレート１６と第２プレート１７との間には空間Ｓが形成され、回転プレート１２はこの空間Ｓ内に配置される。第２プレート１７のうち空間Ｓを形成する部分には、回転プレート１２の外径と略同じ大きさの穴（不図示）が設けられている。また、その穴の中心には回転プレート１２の内径と略同じ大きさの軸（不図示）が穴と同軸に設けられている。回転プレート１２は、その軸に挿入されるように空間Ｓ内に配置される。これにより回転プレート１２が半径方向に移動することが阻止される。
【００１６】
この図に示すように収容部１３には、空間Ｓとディフューザ１０とを通じさせる傾斜路１８が設けられている。傾斜路１８は、ベーン１５と同数設けられている。また、傾斜路１８は、周方向に間隔を空けて設けられている。傾斜路１８の断面形状は、回転プレート１２が回転した場合にベーン１５がスライド移動可能な大きさに設定されている。傾斜路１８の一端１８ａは、第１プレート１６のうちディフューザ１０を形成する面１６ａに開口している。この図に示したように傾斜路１８には、ベーン１５の他端１５ｂが配置される。傾斜路１８は、回転プレート１２が回転した場合にベーン１５の他端１５ｂが周方向に移動しつつ軸線Ａｘ方向に移動するようにベーン１５を撓ませる。
【００１７】
アクチュエータ１４は、駆動ロッド１９を介して回転プレート１２と接続されている。回転プレート１２には駆動穴１２ａが設けられており、駆動ロッド１９の端部に設けた駆動ピン１９ａがその駆動穴１２ａに挿入されている。
【００１８】
この可動ベーン機構１１では、アクチュエータ１４によって駆動ロッド１９を図２の矢印Ａ方向に駆動すると回転プレート１２が矢印Ｒ方向に回転する。そして、これによりベーン１５も矢印Ｒ方向に回転する。この際、図３の上の図に示したようにベーン１５は、傾斜部１８によって曲げられながら回転するので、その他端１５ｂが第１プレート１６からディフューザ１０内に突出する。アクチュエータ１４は、ベーン１５の他端１５ｂがシュラウド側壁部１０ａに到達した時点で回転プレート１２を停止させる。また、第２プレート１７には、回転プレート１２がこの位置まで回転すると回転プレート１２の第１位置決め部１２ｂが当たる第１突起（不図示）が空間Ｓ内に突出している。なお、この際のベーン１５の位置が本発明の突出位置に相当する。
【００１９】
一方、アクチュエータ１４によって駆動ロッド１９を図２の矢印Ｂ方向に駆動すると回転プレート１２が矢印Ｌ方向に回転する。これによりベーン１５が矢印Ｌ方向に移動するので、図３の下の図に示したようにベーン１５が第１プレート１６内に後退する。アクチュエータ１４は、ベーン１５の全体が第１プレート１６内に後退した時点で回転プレート１２を停止させる。第２プレート１７には、回転プレート１２がこの位置まで回転すると回転プレート１２の第２位置決め部１２ｃが当たる第２突起２０が空間Ｓ内に突出している。なお、この際のベーン１５の位置が本発明の後退位置に相当する。
【００２０】
以上に説明したように、第１の形態のディフューザ装置によれば、ベーン１５を周方向に移動させ、傾斜路１８にて曲げることにより、ベーン１５をディフューザ１０内に突出させる。そのため、空間Ｓ又は傾斜路１８とベーン１５との間に異物が堆積しにくく、さらに異物が堆積してもその異物がベーン１５の移動を妨げない。また、例えば傾斜路１８内に異物が堆積してもベーン１５を後退位置から突出位置に移動させることによってその異物をベーン１５で除去することができる。従って異物によってベーン１５が移動不能になることを抑制できる。また、図３に示したように第１の形態のディフューザ１０では、傾斜路１８にてベーン１５を周方向に曲げつつ空間Ｓ内に収容する。そのため、ベーン１５を軸線Ａｘ方向のみに動かして収容する場合と比較してベーン１５を収容するための空間を小さくできる。従って、ディフューザ１０を小型化できる。
【００２１】
なお、傾斜路１８の形状は図３に示した形状に限定されない。例えば、図４に示すように第２プレート１７の傾斜路１８を形成する部分は、ディフューザ１０に到達するまで設けられていてもよい。この場合、傾斜路１８の断面形状を一端１８ａまで同じにできる。そのため、ベーン１５の出し入れをスムーズに行うことができる。なお、この図に示した例では第２突起２０が第１プレート１６に設けられている。このように第２突起２０は、第１プレート１６及び第２プレート１７のいずれに設けられていてもよい。
【００２２】
（第２の形態）
次に図５〜図７を参照して第２の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５は、この形態の可動ベーン機構１１を軸線Ａｘ方向から見た図である。図６は、ベーン１５が後退位置にあるときの図５のＳ２−Ｓ２線及びＳ３−Ｓ３線における可動ベーン機構１１の断面を示している。図７は、ベーン１５が突出位置にあるときの図５のＳ２−Ｓ２線及びＳ３−Ｓ３線における可動ベーン機構１１の断面を示している。なお、図６及び図７では、それぞれの上の図がＳ２−Ｓ２線における断面を示し、それぞれの下の図がＳ３−Ｓ３線における断面を示している。
【００２３】
図６に示したようにこの形態では、後退位置のベーン１５の他端１５ｂと傾斜路１８の一端１８ａとの間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるようにベーン１５の形状が設定されている。そのため、この図に示したように後退位置におけるベーン１５は、内周側においてはその他端１５ｂがハブ側壁部１０ｂと面一になるが、外周側においてはその他端１５ｂがハブ側壁部１０ｂの内部に引き込まれる。また、図５に示したようにこの形態では各ベーン１５は、回転プレート１２の内周まで設けられている。
【００２４】
この形態によれば、後退位置のベーン１５の他端１５ｂと傾斜路１８の一端１８ａとの間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるようにベーン１５の形状を設定した。そのため、図７に示したようにベーン１５を突出位置に動かしたときにベーン１５がハブ側壁部１０ｂから突出する長さＬｐを外周側と内周側とで同じにすることができる。これにより、ベーン１５の他端１５ｂとシュラウド側壁部１０ａとの間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。そのため、ディフューザ１０を通過するガスをより確実にベーン１５に当てることができる。
【００２５】
（第３の形態）
図８〜図１０を参照して第３の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において上述した各形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図８は、この形態の可動ベーン機構１１を軸線Ａｘ方向から見た図である。図９は、ベーン１５が後退位置にあるときの図８のＳ４−Ｓ４線及びＳ５−Ｓ５線における可動ベーン機構１１の断面を示している。図１０は、ベーン１５が突出位置にあるときの図８のＳ４−Ｓ４線及びＳ５−Ｓ５線における可動ベーン機構１１の断面を示している。なお、図９及び図１０では、それぞれの上の図がＳ４−Ｓ４線における断面を示し、それぞれの下の図がＳ５−Ｓ５線における断面を示している。
【００２６】
この形態では、軸線Ａｘと直交する平面（図９ではハブ側壁部１０ｂの壁面）に対する傾斜路１８の傾きθが内周側から外周側に向かって漸次小さくなっている。そのため、図９に示すように外周側の傾斜路１８の傾きθｏｕｔは、内周側の傾斜路１８の傾きθｉｎよりも小さくなる。この場合、図１０に示すようにベーン１５を突出位置に動かした場合、ベーン１５の外周側の突出角度θｐ２は、内周側の突出角度θｐ１よりも小さくなる。
【００２７】
この形態によれば、軸線Ａｘと直交する平面に対する傾斜路１８の傾きθを内周側から外周側に向かって漸次小さくしたので、ベーン１５の突出角度θｐを内周側から外周側に向かって漸次小さくできる。図８に示すようにベーン１５の周方向の長さは内周側よりも外周側の方が長いので、ベーン１５がハブ側壁部１０ｂから突出する長さは内周側よりも外周側の方が長い。この形態では、突出角度θｐを内周側から外周側に向かって漸次小さくしたので、ベーン１５が外周側において内周側より長く突出しても内周側及び外周側のそれぞれにおいてベーン１５の他端１５ｂをシュラウド側壁部１０ａに同様に当てることができる。そのため、ベーン１５の他端１５ｂとシュラウド側壁部１０ａとの間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。従って、ディフューザ１０を通過するガスをより確実にベーン１５に当てることができる。
【００２８】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上述した形態では、本発明の遠心圧縮機をターボ過給機に組み込んだ形態を示したが、本発明の遠心圧縮機はターボ過給機に組み込まずに単独で使用してもよい。本発明のディフューザ装置は、シュラウド側壁部に設けてもよい。
【００２９】
回転プレートの回転を突出位置又は後退位置で止めるための機構は、上述した形態の機構に限定されない。例えば図１１に示すように回転プレート１２の外周に径方向内側に凹む凹部３０を設ける。また、第２プレート１７には、その凹部３０内に突出する凸部３１を設ける。そして、凹部３０及び凸部３１の少なくともいずれか一方の周方向の幅を適宜に設定することにより、回転プレート１２の回転方向の位置決めを行ってもよい。また、図１２に示すように、回転プレート１２の外周に径方向外側に突出する凸部４０を設けるとともに第２プレート１７にその凸部４０が配置される凹部４１を設けてもよい。この場合も凸部４０及び凹部４１の少なくともいずれか一方の周方向の幅を適宜に設定することにより、回転プレート１２の回転方向の位置決めを行うことができる。
【００３０】
第１プレート１６及び第２プレート１７のそれぞれの形状は、上述した各形態の形状に限定されない。例えば、第１プレート１６及び第２プレート１７をそれぞれ同じ厚さにしてもよい。この場合、図１３に示すように第１プレート１６のうち第２プレート１７と組み合わせる部分に段差５０を設ける。同様に第２プレート１７にも第１プレート１６の段差５０と噛み合う段差５１を設ける。そして、これら段差５０、５１を噛み合わせることにより第１プレート１６に対して第２プレート１７の位置決めを行えばよい。この他、図１４に示すように第１プレート１６のうち第２プレート１７と対向する部分に凸部６０を設けるとともに第２プレート１７にその凸部６０が嵌る凹部６１を設ける。そして、凹部６１に凸部６０は嵌め込むことにより第１プレート１６に対する第２プレート１７の位置決めを行ってもよい。
【図１】
2011111173.tif 000003
【図２】
2011111173.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011111173.tif 000006
【図５】
2011111173.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011111173.tif 000009
【図８】
2011111173.tif 000010
【図９】
2011111173.tif 000011
【図１０】
2011111173.tif 000012
【図１１】
2011111173.tif 000013
【図１２】
2011111173.tif 000014
【図１３】
2011111173.tif 000015
【図１４】
2011111173.tif 000016
【国際調査報告】
2011111173.tif 000017
2011111173.tif 000018